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铝及铝合金的熔炼

铝及铝合金的熔炼
铝及铝合金的熔炼

铝及铝合金的熔炼

铝及铝合金是近代工业中得到广泛应用和发展很快的重要金属材料。目前世界铝产量仅次于钢铁,居有色金属首位。

铝及铝合金具有比重小、比强度大、导电和导热性好、耐腐蚀、可塑、可焊、无毒、光泽美丽以及低温性能好等一系列优越性能,在国民经济和国防建设中的地位及作用日趋显著。

熔炼铝及铝合金的主要目的是:配制合金;通过适当的工艺措施(如精炼和过滤)提高金属净度。

气孔、夹渣和氧化膜等冶金缺陷对铸坯质量影响较大,同时还会严重影响到深加工后的成品质量。因此,除应严格控制原材料的标准和净度外,还需采用合理的熔炼工艺提高铸坯的净度。

此外,因在铸坯中形成的金属间化合物—次晶不能用随后的压力加工和热处理方法应除,所以这一因素亦不容忽视。

为改善合金的工艺性能和制品质量,减少冷热裂纹,除控制化学成分和杂质外,还应采用合适的工艺添加剂(变质剂)以改变和细化铸坯的晶粒。

近年来,为提高金属熔体的净度。采用了许多行之有效的先进工艺,如采用在线惰性气体除氢,电熔剂精炼和泡沫陶瓷过滤器去除夹杂物,在生产中均收到明显效果。

2.2 铝中气体的溶解及夹杂物和氧化膜的生成

铝铸坯中的夹杂物,一部分来自于原铝锭,另一部分是由生产设备和工艺过程中带入,因为铝的化学性质非常活泼,能和许多元素发生化学反应,尤其在熔融状态下,更易与氧、氮等元素化合而生成氧化物、氮化物、碳化物和硫化物等非金属夹杂物及氧化膜。

氢和铝虽不形成化合物,但它极易浴解于液态铝中,它是铝中所含的主要气体。

在熔炼过程中,如对液态铝中所溶解的气体和含有的非金属夹杂物处理不当时,就会在铸坯中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷,因此,必须采取相应措施予以防止和消除。

2.2.1 铝中气体的溶解

2.2.1.1 铝中气体溶解的主要来源:

(1)燃料,当采用火焰炉熔炼铝及铝合金时,燃料(如煤、焦炭、煤气、天然气、重油等)中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体;

(2)大气:熔炼过程中,大气中的水蒸汽被熔体吸收:

(3)炉料,吸附在炉料表面上的湿气.在熔化过程中起化学作用而产生的氢将被铝液所

溶解;如果炉料放置过久,且表面有油污者,对熔体的吸气量尤有影响;

(4)耐火材料:烘炉不彻底时,耐火材料表面吸附的水分,以及砌制时泥浆中的水分在熔炼头几个熔次时,对熔体中气体含量将有明显影响;

(5)熔剂;使用保存不当而发生了潮解的溶剂,也能增加熔体的含气量;

(6)熔铸工具:在倒炉及铸造时,如果熔铸工具干燥不好,易使熔体的吸气量增加;

(7)倒炉及浇铸过程中,如果熔体落差大,或液流翻滚过急时,也会使气体及氧化膜卷入熔体;

(8)润滑油脱水不好。

2.2. 1.2 铝中溶解气体的种类

在铝及铝合金中溶解的气体有H2、C02、CO、N2和CnHm(碳氢化合物)等气体,其中以H2为主,N2和CH4的溶解量也不容忽视。铝合金熔体中溶解气体组成的统计分析见表2—1

实践证明,不同的季节和地区,因空气的湿度不同,铸坯中气体含量也随之而异。一般在相同条件下,其含气量随空气湿度增大而增加。

2.2.1.3 气体的溶解机理

凡与金属有一定结合能力的气体,都能不同程度地溶解于金属中,与金属无结合能力的气体,一般只被吸附,而不溶解。气体在金属中溶解度的大小,取决于气体与金属间结合能力的强弱。

金属的吸气一般由吸附、扩散和溶解三个过程绍成。吸附有物理吸附及化学吸附两种。吸附是由于金属表面的一层原子,当上下两个方面受力不平衡时,便形成一个力场,在这种力场的作用下,使气体吸附其上。若表面力场很小,则气体很快离去,若表面力场较大,则吸附的气体离去较慢。物理吸附时,其连续的吸附层厚不超过一个分子。随温度升高或压力减小,或金属蒸汽压增大,物理吸附逐渐减弱。物理吸附是不稳定的,仅靠物理吸附,气体是不会溶解的。当金属与气体具有一定结合能力时,气体不仅吸附在金属表面,而且还能离解为原子,其吸附速度随温度升高而增大,达一定温度后吸附增加速度才变慢,这就是化学吸跗。只有能将气体分子离解为原子者,气体才有可能向金属中进行扩散和溶解。

由于气体被金属不断吸附和离解,当金属表面某一种气体的分压达到大于金属内部该种气体的分压时,则该种气体在分压差及其与金属的结合力作用下,便开始向金属内部进行扩散,即溶解于金属中。其扩散速度与温度、压力等因素有关,金属表面的物理、化学状态对扩散也有较大影响。

气体原子通过液体金属表面的氧化膜或溶剂层时,其扩散速度比在纯净的液体中慢得多,氧化膜愈致密和溶剂层愈厚其扩散速度愈小。例如氢在通过铝表面致密的氧化膜时,其扩散速度大约为通过纯净铝表面的十分之一。 气体在液体中的扩散速度比在固体中要快得多。

在表面无氧化膜纯净的状态下,气体向金属中的扩散速度与金属厚度成反比,与气体分压的平方根成正比,并随温度升高而增大,其关系式如下:

V=

P d

n

·1-E/2RT ……(2一1) 式中: V ——扩散速度; n ——常数, d ——金属厚度,

E ——激活能, P ——气体分压, R ——气体常数, T ——绝对温度。

2.2.1.4 影响铝中气体含量的因素

(1)合金元素的影响。与气体结合力较大的合金元素,则会使合金中的气体溶解度增大。蒸气压力高的金属与合金,由于具有蒸发去吸附作用,可降低金属的含气量。Cu 、Si 、Mn 、Zn 等合金元素可降低铝合金中气体的溶解度,而Ti 、Zr 、Mg 则能增加气体的浓度。例如,氢在纯铝中的溶解度为0.9 cm 3

/100克金属,而在Al+5%Mg 合金中,其溶解度增为1.3 cm

3

/100克金属,当含Mg 6%时,可达2.9 cm 3

/100g 金属;如将Mg 含量继续增大到9%时,由于镁蒸汽压力影响,氢含量反而有所降低。

钛铝合金中,当含钛量为2.64%时,氢含量达24.8 cm 3/100g 金属,当钛增至3%时达30 cm 3

/100g 金属。在含锆的铝合金中,当含锆5%时,氢含量可达44.5 cm 3

/100g 金属。

铜、硅含量对氢在铝合金中溶解度影响,见表2—2

现将一些合金化组元对氢在铝中溶解度的影响介绍于表2—3

(2)气体分压的影响,当温度一定时,气体溶解度随气体分压的增大而增大,其

关系如下:

S=K1P………………………………………………………………(2—2)

式中: S一一在一定的温度和压力条件下,气体在金属中的溶解度;

K1一一平衡常数,表示标准状态下金属中气体的平衡溶解度,也可以称为溶解度常数或溶解常数,

P一一气体分压。

由公式可知,在温度相同的条件下,气体在金属中的溶解度随炉气成分中的氢气分

压增大而增大。在以重油、煤气、天然气为燃料的火焰炉中,氢气分压比在电炉中大,且因为在电炉炉气中蒸气不超过0.8%,而在重油炉中,其水蒸气含量可达16.4%,放在火焰炉熔炼的铝熔体中氢溶解度也较大。

其他条件相同时,使用煤气炉熔炼铝合金时的含氢量为2.5 cm3/100g,当有熔剂保护时为1.05 cm3/100g,用低频感应电炉肘为0.8~1.0 cm3/100g,用电阻炉时为1.05 cm3/100g。当大气湿度改变时,气体含量也随之改变。

(3)温度的影响,在气体中分压一定时,铝中氢的溶解度随温度升高而增大。

温度对纯铝中气体含量的影响如图2—1及表2—4所示。从图中可以看出液态比固态时溶解变化大得多。

气体溶解度

时间

图2-2 熔体中含气量与时间的关系

综合气体分压与温度对双原子气体的影响可用下式表示 S =K·P ·1-ES/2RT

……(2—3)

或1gS =-

T

A

+B+211g P ……(2—4)

式中:S 一一气体溶解度, P 一气体分压; T 一一金属的绝对温度; Es 一一溶解热, K ,R 一一常数, A 一一常数, (A =

R

ES

21ge); B ——常数; (B =1gK)。

上式表示的溶解度S 与T 及P 的关系,要在气体直接与纯净金属表面相互作用时才正确,若表面存在氧化膜时,则溶解度就会改变。

(4)其他因素的影响,金属表面氧化膜状态及熔炼时间对气体在金属中的溶解度均有影响。

3

前面所讲的气体在金属中的溶解度与温度、压力的关系是指在平衡状态下,能否达到平衡状态,则取决于熔炼条件。金属吸气需一定的时间,当金属中含气量低于饱和溶解度时,气体溶解速度开始很快,在接近饱和溶解度极限时速度很慢。如图2—2所示。达到平衡溶解度的时间,取决于金属表面情况。当温度降低,金属表面有熔剂时,时间较长,温度较高,氧化膜受到破坏时,时间较短,炉料中原有含气量高,达到平衡溶解度就较快。 2.2.1.5 熔体中气体含量的测定

金属中溶解的气体是引起铸坯产生气孔或组织疏松之类缺陷的重要原因之一,对结晶温度范围较大的合金,尤其敏感。

实践证明,在连续铸造条件下Lyl2合金孔,当气体含量在0.18 cm 3

/100g 金属以下时,从未发生过疏松和气孔。当气体含量超过0.25 cm 3

/100g 金属时,如铸造温度不合适,则有时出现微量疏松。故将0.25 cm 3

/100g 金属的气体含量作为Lyl2合金的临界值。 为了在生产中及时掌握金属中的气体含量,很有必要在不同季节或潮湿的气候中,经常抽查金属中的气体含量,以便在工艺上采取补救措施。

气体含量测定方法很多。在工厂条件下,炉前分析最简单的方法,就是第一气泡法和测氢分析法。

(1)第一气泡法,其原理是根据西维尔氏规律(公式2—3)在一定真空下,当出现第一个气泡时认为氢的分压和在该真空度时相应压力相等,并利用对数公式求得。其公式如下: 1gs =-

T

A

+B+211gP …………………………………………(2—5)

式中: A =

ZR

E S

·1gP

B =1gk

从对数式看出1gs 和1sp 成正比,因此可以作成对数图表供实际使用。

(2)测氢仪分析法。这是一种可携带探头式采气热导测定分析法,仪器可在现场使用,测氢数据准确,且再现性好。

2.2.2 金属夹杂物及氧化膜的形成

液态铝与O 2、N 2、S 、C 等元素发生化学反应而生成的化合物及混入其他杂物,统称为金属夹杂物及氧化膜,其中以氧化膜(AL 2O 3)对金属的污染最大。铝的化合物熔点较高,如氧化铝约为2050℃,氮化铝为2180℃以上;Al 4C 3、Al 2S 3等熔点也较高。所以,液态铝中的非金属夹杂物及化合膜主要以固态形式存在。

2.2.2.1 Al和O2及水气的相互作用。熔体与空气及水汽接触时,铝被氧化面生成A1203。其反应如下;

4Al+3O2=2Al2O3………………………………………………(2—6)

3H2O+2Al≒Al2O3+6[H] ………………………………………(2—7)

铝一经氧化便形成氧化膜或更复杂的非金属夹杂物

2.2.2.2 Al、Mg和N2的相互作用,在一定温度下,氮和铝起化学作用生成AlN;与合金组元中的镁反应生成MgN2。当向液态铝中吹入氮时,发现在660℃开始有A1N形成,800℃时反应较快,其反应式如下:

2Al+N2→2A1N+57400卡/克分子…………………(2—8)

3Mg+N2→Mg3N2…………………………………… (2—9)

A1N在铝中的溶解度甚小,只有0.003%,但在金属结晶时,A1N有分解现象。

2.2.2.3 铝和CO、C02的相互作用,据有关资料报导,CO在A1中具有一定的溶解度。根据萃取法测定结果,在铝中溶解的气体组成是:l%CO2,20%N2,22%CO,57%H2。由于CO、CO2的存在,所引起下列反应:

2A1+3C02→3CO+Al2O3…………………………( 2—10)

6Al+3CO→Al4C3+A12O3…………………………( 2—11)

在一般熔炼温度下,CO的反应速度极低,直至900~1000℃时与铝反应才明显进行,生成A14C3。

2.2.2.4 铝和硫的反应,铝在含硫化物的气氛(如在煤气反射炉中)中熔化时,熔态铝将和H2S和SO2起作用,其反应式如下;

2H2S+302→2H2O+2S02↑………………………(2—12)

6A1+3SO2→2A1203十A12S3………………………(2—13)

Al2S3在熔炉温度下,均以固态非金属夹杂物的形式存在。因此,影响金属的净度。

由于Al2S3和Al4C3其生成量有限,故其危害性远比Al2O3和AlN为小。

原料不纯是铝中非金属夹杂物和氧化膜的主要来源;如原铝锭中的A1203含量常达(0.01~0.02)%。此外,中间合金及废料也可大量带入。

在补料及搅拌过程中,熔体表面形成的氧化膜受到破坏并混入熔体,形成杂质。因氧化膜的比重与熔体相差不多,比面积大,所以沉降慢,在铸造时都将进入铸坯。

铝与水蒸气相互作用而形成的氧化物,尺寸相当小,其沉降速度也很慢。这类氧化杂物,只有在工艺试样的断口上才能发现。它们具有不同的颜色,这与组成物的成分有

关。

2.2.3 金属杂质

在熔体铝中,除含有气体,氧化膜及非金属夹杂物外,也常有一些金属杂质。

金属杂质的来源如下:

(1)从坩锅及炉衬中吸收。若用铸铁或钢制坩锅熔炼铝合金时,即使温度不高,铁也能在熔体中大量溶解。—般在加热到750℃以前就可能吸收(0.03~0.5)%的铁。

炉衬的耐火材料一般均由各种氧化物组成,如MgO、Al2O3、SiO2、Fe2O3、Cr2O3等;这些氧化物遇到熔体中更活泼的元素时,便发生下列置换反应:

3MgO+2Al→Al2O3+3Mg ……………………… (2—14)

其结果使炉衬受到侵蚀,金属受到污染。

(2)铁制工具的溶解。在一定的温度下,铁制工具也易受到熔体的溶解。这对熔炼高纯铝合金影响较大,故铁制工具应涂以涂料。

(3)洗炉不彻底或未洗炉。用同—炉子转产不同成分合金时,必须经过洗炉后再投产,否则熔体易被前一炉留入炉衬及渣中的元素所污染。

(4)原材料带入。各种原材料内含有—定数量的金属杂质,尤其在原材料质量控制不严的情况下,更难避免。

(5)混料或误加。在生产中,如对原材料管理不当而造成混料,或配料、补料错误等均会导致金属的严重污染,甚至造成化学成分不合格的废品。

2.3 熔体的氧化、烧损及其保护

2.3.1 熔体的氧化

金属的氧化程度主要取决于氧对该金属的亲和力,同时也与该金属的特性、状态和

温度等条件有关。金属的氧化速度在很大程度上与金属表面氧化膜的性质有关,如果金属表面氧化膜的克分子体积之比α又大于1时,即在熔化的金属液面上有致密的和连续的氧化膜形成,该金属氧化膜有降低氧化速度的作用。因为氧化膜致密,能阻止氧原子向内扩散,也能阻止金属离子向外扩散。

当α<1时,即氧化生成物不足以包复原金属体积,这是氧化膜呈多孔状,则氧原子和金属离子可通过氧化膜之间隙内外交流,使金属继续氧化。

某些金属氧化膜的α值见表2—5

影响金属氧化的主要因素如下:

(1)合金元素。在铝中加入Mg 、Li 等元素,可以促使合金的氧化。在高镁合金中加入铍,可提高铝合金的抗氧化能力,降低合金的氧化速度。铝中加入铁、镍、硅、锰一般不会促进铝合金的氧化。

(2)氧化膜的本性。金属的氧化速度随金属表面氧化膜的α值变化而变化;若α值大于1时,膜对金属有保护作用,即阻止氧化,若α值小于1时,其结果相反。 (3)温度。金属的氧化速度随温度升高而加剧。 2.3.2 熔体的烧损

熔炼过程中,熔体由于氧化而变成某些不能回收的金属氧化物时,这种损失统称为烧损。烧损的大小除与合金元素有关外,还与炉型、炉料状态、生产工艺有关。

(1)炉型。熔体炉熔池的形状及加热方式对烧损都有影响。例如:低频感应炉烧损为0.4~0.6%,电阻反射炉烧损为1.0~1.5%,火焰烧损为1.5~3%。

(2)炉料的表面状态。炉料的表面积越大,其烧损也越大。例如:原铝锭烧损为0.8~2%;打捆薄片废料烧损为3~10%,碎屑烧损最大可达13~30%,大块废料烧损可达3%。 研究表明:炉料越碎细,氧化烧损越大。例如煤气炉熔化时,当比面积:

P

S

= 0.13cm 2

/g 时(S 为燃料表面积,P 为炉料重量),炉料氧化烧损为1.2%;如果比表面积为2.2 cm 2

/g 时,烧损将增长到2.5%。

(3)如图2—3所示,当熔体温度在800℃

重量增加,毫克

时,随着在空气及纯氧中保持时间的延长,氧化渣生成的量逐渐增加,而在含有水蒸气的空气中保持时,比前二者减少,这可能因为水蒸气分解出来的氢首先在金属表面造成吸附层的缘故。

2.3.3熔体的保护

熔体在熔炼过程中与气体的相互作用均系化学反应,因此,保护熔体的工艺制度均应从减少化学反应来考虑。

2.3.3.1 防止吸气及降低氧化烧损的方法:

(1)选择合理的炉型,尽量选用熔池面积较小的炉子,如采用低频炉进行熔炼;

(2)采用合适的加料顺序,易氧化烧损的炉料,应加在炉料的下层。力求缩短熔炼时间,防止过多的氧化烧损和吸气机会;

(3) 采用覆盖剂,适时地对金属或熔体进行覆盖。对易烧损的高镁铝合金应加入0.005~0.02%的铍;

(4) 正确控制炉内气氛,熔炼铝合金采用微氧化性气氛为宜;

(5) 配入的炉料应清洁干燥;

(6) 尽可能采用“埋入式熔化工艺”。即每炉料只倒出1/3~1/2铝液,留下2/3~

1/2,使新加入的料块能完全埋入铝液中,尽可能减少氧化接触面积。

2.3.3.2 防止吸收金属杂质的方法

(1) 熔炼炉应用粘土砖进行砌筑;

(2) 要有合理的配料比。根据制品的不同,废料和低品位铝锭的用量,不能使用过多;

(3) 转换铝合金时,必须彻底清炉或洗炉;

(4) 加强管理,避免混料。

受到污染和大量吸气的熔体,可用加强精炼的措施来补救,而受到金属杂质污染的熔体,用一般方法均难消除和补救,故应加强管理,避免混料。

2.4 铝及铝合金的精炼和净化

铝及铝合金熔炼过程中,除极易氧化生成A12O3外,同时也极易吸收气体[H]。精炼净化的目的就是消除或尽量降低这类夹杂物和气体,以提高金属的净化程度。

试验指出,熔体中的(H)含量和Al2O3含量有关,当熔体中的Al2O3含量过高时,[H]的含量也越高。

铝及铝合金熔体的精炼方法很多,有气体精炼法,熔剂精炼法,熔体过滤及其他精炼方法等。这些方法各有优缺点,应按实际情况及生产经验恰当选择。

2.4.1 气体精炼法

2.4.1.1 惰性气体精炼法:

在我国普遍用于精炼铝及铝合金的是氮气。当氮气吹到熔体中时,产生大量的氮气

泡,如图2—4所示。

在气泡与金属的接触面上,由于氮气泡内部与金属中气体(H)之间存在着氢的分压差,则氢气按照分压定律,向气泡内扩散。假如熔体中的分压为P"H2,气泡内氢的分压为P′H2,则气泡开始形成时,P′H2为零。根据分压定律,熔体中的氢即向气泡内扩散速度开始很快,随着P"H2与P′H2逐渐趋于平衡,扩散速度逐渐减慢,这一过程一直进行到P"H2= P′H2为止。当氮气泡升到熔体表面时,氢即被带入到大气中。图2—4为氮气除气过程示意图。

由上可知,氮气的除气过程完全依赖于气体的分压差。如果气泡在熔体中的停留时间很短,气泡尚未被氢气饱和便跑出熔体时,则除气效果不好。

为保证从熔体中除气更充分,必须使吹入的气泡尽可能缓慢地通过金属,并设法在气泡与金屑之间造成尽可能大的接触面积。为此,吹入的气泡应越细越好。

要想达到良好的除气效果对氮的纯度要求很高,应不小于99%,含氧越少越好,尤其是氢和水蒸汽的含量更应严格控制。

氮的除气作用并不完全。例如:铝合金熔体中的(H)含量,在0.3~0.4cm3/100g金属时,进入熔体气泡中的氢的蒸气分压,大约等于0.l大气压,也就是说已吸收氢的氮气气泡中,氢的体积只等于氮的体积l0%,当氢含量为0.1 cm3/100g金属时,氢的蒸气压等于0.0l大气压,而氢的体积只等于氮的1%,因此不通入大量的氮气是很难以去掉[H]的。

氮的除气过程是很慢的,效果很低。特别用于对镁含量高的铝合金,氮将与镁反应生成氮化镁,形成夹杂物。因此在国外铝加工厂中,普遍采用氩气来除氢。但使用氩气除气,生产成本较高。

2.4.1.2 氯气精炼法

氯气屑于活性气体,其除气原理与氮气不同。氮气是靠气泡内外氢气的分压差来除气,氮和氢不发生化学反应,只是物理作用。而吹入氯气时,除按上述原理除气外,氯与铝生成三氧化铝蒸气,并与氢直接起化学反应生成盐酸蒸气,使净化效果提高。

氯气的除气过程有三种途径:

(1)首先氯与铝反应生成三氯化铝蒸气(沸点178~183℃)

2A1+3C12→2AlCl3+322.8卡……………………(2—16)

三氯化铝呈蒸气状态的小气泡从液体中逸出时,将按惰性气体原理与熔体中的气体作用而除气。

(2)氯还可能同氢反应生成氯化氢即

C12+H2→2HCl↑+44卡…………………………(2—17)

这一反应,可根据HCl的特有气味嗅到。当HCI气泡从熔体中逸出时,则将氢气带走。

(3)如果吹入的氯气流得很快时,部分氯气来不及进行反应,便以氯气气泡形式跑出熔体,亦可将熔体中的氢气带走。

采用氯气除气时,绝大部分是AlCl3的作用,小部分是HCl和Cl2的作用。AlCl3和HCl 对于金属中的气体是中性的,因此,它们的除气原理是和氮气除气时相同。由此可见,活性气体与铝作用之后,其生成物的除气过程完全同惰性气体原理一样。

吹入的氮气和氯气除了能除氢之外,对熔体中的非金属夹杂物还有一定的浮选净化作用。气泡在上升途中若与处于悬浮状态的非金属夹杂物相遇时,夹杂物便可能被吸附于气泡表面,而带出熔体表面如图2—6所示。

a——吹入氯气时形成的气泡 b——氯气除气过程示意图

熔体中吹入氯气,还可以除去铝液中的金属杂质如Na、Ca、Li等,其原理是氯与金属的化合作用:

C12+2Me→2MeCl…………………………………(2—18)

实践表明,氯气有良好的除气效果,可用于铝合金熔体净化精炼。但是用氯气除气有严重缺点,氯气有毒,有害于人体健康,对周围设备腐蚀严重,为此,必须有完好的通风防护设备。另外对铸坯组织而言,过氯化后,铸坯晶粒粗大,这显然与Ti被除掉生成TiCl3有关。

2.4.1.3 混合气体精炼法

(1)氮氯混合气体精炼法。把氮、氯混合起来用作精炼,可兼备分别使用它们时的优点,使氯气的有害健康和腐蚀设备的缺点减轻,又可保护留氯气的化学除气作用。

采用3~20%氯和97~98%氮气的混合气体,具有较好的除气效果。这一些方法目前使用比较广泛。但必须指出,同样的吹气量,N2一C12对熔体的净化效果,只有纯氯的三分之一。因此,N2一C12还必须在吹气量上来弥补。此外,对高镁合金使用该法时,应当考虑到形成Mg3N2这一因素对质量影响。

(2)氮、氯和一氧化碳混合体精炼法(又称三气精炼法)。实践表明,采用10%Cl2、10%CO、80%氮的混合气体精炼除气最理想。这一方法比用纯氯时的除气速度较快,同时散发出来的反应产物,如氯气、盐酸、粉尘等也要少得多,见表2—6所示,经过处理后的合金净度也较高。

2.4.1.4 斯奈福(SNiF)法

它是美国联合碳化物公司研究并于l 9 7 4年投入使用的铝熔体精炼法。现在获得实际应用的斯奈福装置有双咀(T型)和单咀(S型)两种。装置的核心是旋转喷咀,每一个旋转喷咀都山一个片式石墨转子,一根外面套有固定套筒的轴和—个固定在套筒上的叶片式石墨定子组成。精炼气体由轴和套筒间的环形缝中通入,由于叶片的剪切作用,使从定子和转子之间缝隙出来的气体被破碎成极细的气泡散进金属熔体内,旋转喷咀的搅拌作用在熔体内形成垂直向下的金属流并使气泡均匀分散,搅拌时的涡流使气泡和金属之间产生极大的接触面积,从而为有效地除氢和使杂质颗粒漂浮到熔体表面创造了最有利的条件。在T型装置中,熔体的净化流程如下:熔体通过流槽进入装置的第一室,在这里,由于旋转喷咀的搅拌作用和放出的气泡进行去气及去除夹杂物。接着越过处理室中央的隔板进入第二室,进行同样的

熔体处理。处理完的熔体通过一根安装在炉底的石墨管,流入炉子前部的出料池。多余的惰性气体与脱溶的氢气,汇积于炉子上部,通过其熔体入口上部与熔体进入流向相反的方向流出。渣子浮在熔体表面,被旋转喷咀在液面所产生的循环流向推向熔体入门处而排出。据资料介绍,斯奈福装置的主要技术性能如表2—7所示:

2.4.2 熔剂精炼法

2.4.2.1 熔剂的作用:

熔剂精炼的除渣作用主要是通过与熔体中的氧化膜及非金属夹杂物发生吸附,溶解和化学作用面实现的。

(1)吸附作用。熔融的熔剂在固相(夹杂物)及液相(熔融铝)界面上的表面张力大小决定了熔剂的吸附能力。熔剂在液态铝界面上的表面张力越大,它越容易和液态铝分离。熔剂在夹杂物界面上表面张力越小时,熔剂便能在最大限度的润湿和吸附夹杂物,并把它从金属中排除。提高液态铝在夹杂物界面上的表面张力,有利于熔剂将氧化膜及非金属夹杂物从熔体中排出。

熔剂的吸附能力主要取决于其组成成分。在其他条件相同的情况下,熔融的氯化物,其吸附能力比氟化物要好。碱金属氯化物比碱土金属氯化物要好。在熔化状态下,氯化钾和氯化钠的混合盐要比纯盐好。而在此基础上加入氟化物(冰晶石等)可以增加其吸附性能。

当熔剂与夹杂物接触时,在它们的接触面上,降低表面便能产生润湿与吸附。夹杂物进入熔剂后便较处理前有更大的上升(或沉降)能力,从而将夹杂物从熔体铝中分离出去。

(2)溶解作用。熔剂中加入氟盐(冰晶石),使熔剂具有溶解夹杂物,特别是氧化铝的作

用。

当溶剂与氧化物的结构和某些化学性质相近似时,则在一定的温度下,就有可能产生互溶。如阳离子相同的Al2O3和Na3AlF6就有一定的互溶解能力。

随冰晶石含量的增加,对溶解氧化铝的能力有所增加。但必须指出,当温度较低时,在一般熔炼的温度下,溶解的作用是不大的。

2.4.2.2 熔剂的成分及应用:

铝合金用的熔剂一般由碱金属及碱土金属的氯化物及氟化物组成。熔剂以氯化物为基础,加入氟化物,如NaF、Na3AlF6、CaF2等,氟化物在混合盐中主要起精炼作用,如吸附,溶解Al2O3。同时可适当地提高混合盐的熔点,以增大净化结果。CaF2还能增大混合熔盐的表面张力,使已吸附氧化物的熔盐球状化,使其与熔体易于分离。

在纯铝及软铝合金的熔炼中,通常是在熔化炉中撒入少量的氯化钠和氯化钾的混和物,以吸附渣,使扒渣更容易进行。

2.4.3 其他精炼法

铝及铝合金的精炼方法除上述两种外,有时还采用凝固法,振动法。真空除气法等进行精炼。

2.4. 3.1 凝固法:溶解于熔体内的气体,其溶解度随温度降低而减少,如将溶有气体的熔体逐渐降温到达凝固点时,在降温及凝固过程中,气体就会逐渐排除到熔体外,然后再迅速升温重熔,即可获得含气量较少的熔体。但在二次升温重熔时,应意注防止熔体重新吸气。本方法对大生产的铸造车间不适用。

2.4.

3.2 振动法振动法是利用振动器,使液体分子发生运动,使气体以气泡形式排除。实践证明,如果振动频率超过声频时,熔体中的气体就会呈气泡状逸出。同时振动还促进使组织细化。

因为液体分子在高频振动下,产生位移运动,运动时,一部分分子与另一部分分子之间的运动总是不和谐的,液体分子间产生相碰或相斥,从而使液体中产生真空。这种真空实际空间很小,只有一个或几个分子厚,但分布很广。溶于液体中的气体受此真空影响,由原子状态转变为分子状态,进而连续形成为小气泡,并随这些气泡的增大,相继排除于熔体之外。 2.4.3.3 真空法:利用抽真空的方法,减少熔体中气体的溶解度,从而达到除气的目的。

另外,由于真空度大,导致沸点降低,这就促进了气体的排除。这种方法已广泛用于大生产中,其效果甚好。

2.4.4 熔体的静置及过滤 2.4.4.1 熔体的静置

熔体的静置也是一种净化方法。静置就是利用熔体与夹杂物之间的比重差,使夹杂物沉降而达到净化。需要静置的时间与熔体的粘度、比重及夹杂物的形状等有关。颗粒愈细,则上浮或下沉的速度就愈慢。颗粒呈成球状,下降速度较大,呈片状则上浮容易。如夹杂物呈球状时,其上浮或下沉的时间可用下式表示, τ=

g

R H

)(29212

ρρπη-…………………………………(2—19) 式中:τ一一时间;η一一熔体粘度; H 一一夹杂物的上浮;

R 一一夹杂物半径;(或下沉液柱高度;)ρ1ρ2一熔体与夹物杂比重; g 一一重力加速度。

随着Al 2O 3颗粒的加大,其下沉速度也加快,一般在7~12分钟内(除微质悬浮体外,)大部分非金属夹杂物皆可沉到炉底。 Al 2O 3在铝熔体中的沉降速度:

当熔态铝的比重为2.29克/厘米3

,Al 2O 3的比重为3.9克/厘米3

,粘度为0.015泊时,Al 2O 3在不同颗粒直径情况下的下沉速度(厘米/分)如下: 20(微米) 1.4 40(微米) 5.6 60(微米) 12.6 80(微米) 22.4 100(微米) 33.50

熔体经精炼后,可加速这一过程的进行。熔体的静置时间,根据合金,制品的不同有所区别,一般在20~45分钟左右。 2.4.4.2 熔体的过滤:

过滤是让物体通过由中性或活性材料制成的过滤器,使熔体中处于悬浮状态的夹杂物,受到过滤器机械的阻隔或与其材料起化学作用而达到分离排除的目的。

(1)网状过滤。网状过滤法是让熔体通过网状过滤器(通常用玻璃丝或耐热金属丝制成)使夹杂物受到机械阻隔而被滤除。该法对分离较大的氧化膜和非金属夹杂物有效。这种过滤器结构简单、制造方便,可安放于静置炉后流槽中的任何熔体通过的部位。

网状过滤器只能滤掉那些比网格尺寸大的夹杂物,网格尺寸愈小,过滤效果愈好。网格尺

寸的选择,根据夹杂物通过这种网格的可能性确定。—般不小于0.5×0.5毫米2。使用时一般都是把玻璃丝布或金属网固定在钢架上,然后安放在漏斗中。

这种方法过滤不影响铸坯的气体含量和宏观组织。

(2)块状过滤,过滤器通常是由各种尺寸不同的块状材料组成的,有时甚至放置多层。这种过滤比用网状过滤金属的纯洁度可提高2—4倍。这种过滤器的优点是熔体与过滤器之间有较大的接触面,以及具有变化截面的细长孔道,熔体在这种过滤器中以不同的速度运动,在—个截面向另一个截面通过的地方形成低压涡流,提高了过滤器的效率。同时也为它们之间可能的化学作用创造了有利条件。

制造过滤器的材料为镁砂,刚玉,硅化物,氯化物、氟化物等。这些材料在使用前,应进行粉碎、筛分,然后在700~720℃温度下溶烧去掉湿气。

过滤材料放于分配漏斗中使用显著。放入漏斗前应在700~720℃温度下进行加热,使用过程中,过滤器上面应有1 0~15毫米厚的熔体覆盖,同时从过滤器中出来的液流应控制在覆盖剂下,以免熔体氧化。

非金属夹杂物去除程度取决于过滤器的厚度及过滤材料的颗粒大小。过滤层愈厚。颗粒愈细小,过滤效果愈好。实践证明,颗粒直径以5~10mm为合适,最小不应小于4~6mm,否则金属将供应不足。

使用块状过滤器在除掉夹杂物的同时,也将使气体含量降低,并且使晶粒长大。在同样的铸造条件下,比使用玻璃丝过滤时所得的晶粒要大1.5倍~2倍,这是由于从液体中不仅去除了那些可作为结晶核心的细微夹杂物的缘故。

(3)微孔管过滤。近年来过滤又有了进一步发展,把过滤材料制成一定形状的过滤管。安装位置如图2-7所示:

1、静置炉;

2、保温箱;

3、微孔管;

4、流盘;

5、漏斗;

6、结晶器。

图2-7 微孔管过滤有的工厂使用的微孔管是用87%的刚玉及13%的玻璃粉加入适量的桃胶冲压成型,

经低温烘干后,再在1300~1350℃温度下进行烧结而成的。实践证明,这种方法易于制造,使用方便,效果较好。

(4)电熔剂精炼。电熔剂精炼法的效果要比网状,块状材料等过滤方法好的多。本方法是根据电渣重溶和电解精炼的原理发展起来的。它是在铸造系统中,向熔剂熔体通5~6伏,500~1000安的直流电进行精炼。把负极接到置于熔剂层内的钢环上,把正极接到流槽中的液体金属流或铸坯上。这种方法对除掉非金属夹杂物特别有效。如LF6合金用光卤石熔剂(厚6 0~100mm)在670~690℃经过5~6伏和250~500安直流电解后,使污染度由原来玻璃丝过滤后的0.15~0.25m2/Cm2,降低到0.008~0.01mm2/Cm2,含气量由~0.45Cm3/100g金属,降低到0.39Cm3/100g金属。

(5)泡沫陶瓷过滤器。泡沫陶瓷过滤器是美国康索尼达德铝公司在七十年代末期研制的一种具有海棉状结构的用于过滤铝熔体的开孔网状物。我国在八十年代初试制成功并已推广使用。泡沫陶瓷过滤器即以泡沫陶瓷作为过滤介质的过滤装置。它是将泡沫陶瓷安装在静置炉和铸轧机之间的熔融金属转注系统的滤盆里。滤盆用钢板焊接成,内衬绝热衬,最里层是耐火砖。滤盆的深度一般不低于200mm(从陶瓷板面算起)。铝液从静置炉经滤盆过滤后流向前箱。据资料介绍,投入实际使用的泡沫陶瓷的孔隙特性如下:孔洞数10~45个孔/英吋;孔隙度,85~90%;体积密度0.35~0.40克/cm3;比表面积10000英吋2/英吋3;透气度1000~2000×10-7cm3,陶瓷板厚度20~100毫米。泡沫陶瓷的流量特性取决于孔隙特性和陶瓷板的尺寸,对于305×305×51毫米,孔洞数为30孔/吋的泡沫陶瓷板,其过滤量为1.7~3.0kg/S(6.12吨~10.8吨/小时)。在过滤铝熔体时,泡沫陶瓷的主要过滤参数是,过滤精度2微米;过滤效率99%,起始压头50~150毫米;有效工作压头5 0毫米。

泡沫陶瓷滤器具有过滤精度高,过滤效率高、重量轻、占地面积少,操作使用方便,劳动条件好等优点。目前已在铝及铝合金精炼中广泛应用,很可能逐渐取代其它各种过滤器。但泡沫陶瓷用过一次即废弃,不能再生,而且质脆,安装时应避免碎片混入。

2.4.5 熔体的精炼

2.4.5.1 精炼温度。合金熔体粘度愈高,除气除渣愈困难,其粘度决定于金属的温度及化学成分,提高温度可使粘度降低。故精炼温度应尽可能高一些,但熔体的吸气量随温度升高而增加,所以精炼温度又不宜太高。

在熔炼炉中的精炼温度保持在熔炼温度范围即可。

在静置炉内的精炼温度,以铸轧温度的上限做为精炼温度的下限,以铸轧温度的上限

加1.5℃,做为精炼温度的上限。实践证明在此温度范围内进行精炼较合适。

2.4.5.2 熔剂用量和吹气量。吹气的时间与除气程度具有一定关系如图2—8所示;故吹气量应充足。

2.4.5.3 对精炼的要求: (1)熔剂在使用前应进行干燥处理。

(2)通入除氢的气体时,要求其气泡应当细小,熔体翻腾不应过大。

(3)精炼时应在熔体下层进行,同时不应存在死角,以保证熔体有更大的接触面 积。 (4)采用泡沫陶瓷作过滤器时,需要意注以下事项:

A 、在选用泡沫陶瓷时,首先应考虑对过滤精度要求。其次考虑到为铸轧速度所要 求的液体铝在单位时间的流量大小;熔体的原始清洁度;金属中夹杂物的最高含量及金属的总通过量。在大多数情况下,选用30孔/吋的泡沫陶瓷是符合要求的。如果金属特别脏,可采用20孔/吋的泡沫陶瓷作予先过滤,及以防止30孔/吋的泡沫陶滤过早堵塞。 (B)正确安装泡沫陶瓷。通常都是水平配置在滤盆里,让铝水垂直向下(或向上)通过。使铝液碰到过滤器时没有湍流,能保证过滤器均匀启动,减少沟流危险。此外,装配部位必须用耐火纤维密封好,排除任何旁路的可能性。

(C)投用前必须将泡沫陶瓷用辐射式加热器或煤气吹管加热至接近熔体温度,以保证铝液通过时不致有金属凝固而堵死孔洞。 2.5 铝及铝合金的熔炼工艺 2.5.1 炉料及其组成

配制铝合金用的炉料一般有原铝锭、废料(或称回料)中间合金或其他纯金属等。废料在炉前,先经过一次熔化者,称为再生铝和复化铝料。

2.5.1.1 原铝锭:原铝锭一般是1 5㎏左右的小锭。其主要杂质是铁和硅,它们对铝合金的工艺性能影响很大。铁、硅含量的多少,标志着原铝锭品位的高低。不同的铝合金应根据其成份选用不同品位的原铝锭。 2.5.1.2 废料

吹气时间

图2-8 吹气时间与除气程度关系图

铝合金的熔炼与浇铸

铝合金的熔炼与浇铸 6.5.1铝合金的性能及应用 铝合金是比较年轻的材料,历史不过百年,铝合金以比重小,强度高著称,可以说没有铝合金就不可能有现代化的航空事业和宇航事业,在飞机、导弹、人造卫星中铝合金所占比重高达90%,是铸造生产中仅次于铸铁的第二大合金,其地壳含量达7.5%,在工业上有着重要地位。 铝合金有良好的表面光泽,在大气及淡水中具有良好的耐腐蚀性,故在民用器皿制造中,具有广泛的用途。纯铝在硝酸及醋酸等氧化性酸类介质中具有良好的耐蚀性,因而铝铸件在化学工业中也有一定的用途。纯铝及铝合金有良好的导热性能,放在化工生产中使用的热交换装置,以及动力机械上要求具有良好导热性能的零件,如燃机的汽缸盖和活塞等,也适于用铝合金来制造。 铝合金具有良好的铸造性能。由于熔点较低(纯铝熔点为660℃,铝合金的浇注温度一般约在730~750℃左右),故能广泛采用金属型及压力铸造等铸造方法,以提高铸件的在质量、尺寸精度和表面光洁程度以及生产效率。铝合金由于凝固潜热大,在重量相同条件下,铝液的凝固过程时间延续比铸钢和铸铁长得多,其流动性良好,有利于铸造薄壁和结构复杂的铸件。 铸造铝合金的分类、牌号: 铝合金按照加工方法的不同分为两大类,即压力加工铝合金和铸造铝合金(分别以YL和ZL表示)。在铸造铝合金中又依主要加入的合金元素的不同而分为四个系列,即铸造铝硅合金、铸造铝铜合金、铸造铝镁合金和铸造铅锌合金(分别以 ZL1X X,ZL2 X X,ZL3 X X和ZL4 X X表示),在每个系列中又按照化学成分及性能的不同而分为若干牌号。表1中列出了铸造铝合金国家标准所包括的几种铝合金的牌号。 6.5.2 铝合金的熔炼设备

铝及铝合金熔炼工艺操作规程

铝及铝合金熔炼工艺操作规程 1、炉子准备 1.1 新炉、大修后的冷炉,应按烘炉规程烘炉。停炉24小时以上的炉子,应根据环境、湿度先烘炉2~6小时以上,才能加料。不得事先将炉料加入冷炉化铝。 1.2 大修后的炉子,在使用前必须洗炉。熔炼合金后转产纯铝时,必须洗炉。洗炉次数不少于两炉次。 1.3 洗炉时,彻底搅拌熔体不少于三次。每次搅拌间隔时间为半小时。洗炉料应彻底放干。 2、技术要求 2.1 化学成分 2.2 按工艺单的要求进行配料,保证加入铝-铁中间合金后,铁硅比≥1.2(铁和硅总量超过0.65%时,可以不要求铁硅比)。 3、加料 3.1 对炉料的要求 3.1.1 配料所使用的原料,必须符合公司内部原材料验收标准的规定,必须有化学成分单方可使用。

3.1.2 外购卷废料成分符合要求,且加工性能合格,方可使用。 3.1.3 铝屑之类的炉料应先铸成锭后,才能加入,并应掺含50%以上的新料(可以是剪切边角料)加入。 3.1.4 所使用的原材料必须清洁、干燥,不得粘有泥、砂,不得混入其他金属和非金属夹杂物。粘有泥、砂的炉料,应清洗晾干后,才能加入炉内。 3.2 炉料的加入顺序和原则 3.2.1 为了保护炉底,加料前先用小块料铺一层底料。 3.2.2 炉膛内加料分布均匀,保持重心不偏移。 3.2.3 炉料在炉膛内的平均高度不允许超过烧嘴的位置,炉料最高处不允许超过烧嘴位置8cm,要保持烧嘴喷射火焰空间畅通,空气流通,防止冒浓烟,减少热损失。为保证装炉量,分二次加料,开火待一次加料软化、炉料高度下降后,再进行二次加料。 3.3 安全要求 3.3.1 凡粘有水和油的废料,不得直接加入未放尽铝液的炉内。 3.3.2 凡粘有润滑油的炉料,不得直接加入保温炉,应在柴油炉内加热蒸发,烧去油污和水分。 3.3.3 加废料前,应先打开烟道闸门,加完后再开烧嘴一刻钟,然后适当关烟道闸门进行升温。 4、熔化 4.1 柴油炉点火,应严格遵守安全操作规程,先开风,后开油,先停油,后关风。点火前应先打开烟道闸门及炉门,火苗调至稳定后,

铝合金熔炼工艺

铝合金熔炼工艺1、性能特征目前压铸件数量最多的就是铝合金,它具有重量轻、比强度高,有较高的力学性能和耐腐蚀性能等。但与锌合金相比,它的铸造性能相对要差,有粘模倾向,在熔炼中更易产生氧化、吸气、偏析、夹渣、结晶粒大等缺陷,铁是铝合金中的有害元素,但铝合金中的含铁量低于0.6%时,在生产过程中容易产生粘模,高于1%时,会使合金中力学性能降低。铝合金"增铁"的原因主要来自三个方面:1)熔炼过程中,铁和合金接触机会较多,如坩埚、铁勺、浇包、熔炼工具等,它们的表面均应涂上涂料。 2)铁在铝合金熔液中溶解速度随温度升高而增大,铝合金熔炼温度高于750℃时,即称为"铝合金过烧",这时候铁的溶解速度增大很快。3)铝合金中的增铁除了温度因素外,还与时间有关,即保温时间越长,增铁量越多,吸气量也增加,因此尽量减少保温时间对合金增铁, 吸气的减少都是有利的。2、铸铁坩埚及熔炼工具、涂料的使用方法铸铁坩埚及工具预热至120~200℃后,在其表面涂上或喷上涂料,可重复喷涂2~3次,以获得致密、均匀的涂层,随后徐徐加热到200~300℃,以烘干排除水分。3、熔炼坩埚铸铁坩埚也 用于铝合金的保温炉中,因铝合金的熔化温度高,易损坏坩埚,其损坏原因有以下因素:1)表面涂料喷涂不好,造成坩埚腐蚀严重。 2)在正常情况下,采用铸铁坩埚保温时,其溶液温度为620~680℃(按不同合金牌号的铸件的要求而异),如将铸铁坩埚作熔化兼保温时,则埚壁最高温度可达800℃以下;当合金过热时,埚壁温度可达850℃以上,如此温度下,铸铁的抗拉强度很低,稍受载荷或冲击,极可能出现裂纹。3)由于铝合金熔液对铁的侵蚀使铸铁埚壁的内部和外表同时受到侵蚀和烧损,就会加剧裂纹出现的可能。从安全和维护合金质量出发,在连续使用时,应经常清除残渣,涂上涂料,转换坩埚方向使用。使用期限:作保温用为150h左右;作熔化用为100h 左右。4)纯铝熔炼时,应用石墨坩埚。石墨坩埚易碎裂,并吸潮,搬运存放时必须轻挪轻放,避免撞击,应存放在防晒及干燥的场合,使用时应注意以下事项:①首次使用前,应置于熔炉侧缓缓烘干36h,温度不高于80~100℃。②坩埚入炉前,应先将炉壁加热至200~250℃,然后将预热的坩埚放入炉内的填砖上,点火徐徐加热20~30min;再开中火加热坩埚,直到坩埚底呈暗红色,再仔细观察检查坩埚确无伤裂,即可将合金放入进行熔化。③料锭加入坩埚切忌撞击埚壁埚底,如熔炼中发现铝料板结埚壁,切莫扳撬,防止损坏坩埚。④ 使用结束前,必须把坩埚内存余料全部舀出,热坩埚切忌受潮,应放置在干燥的火砖上。4、熔炼方法对于大中型压铸厂家铝合金是采用中央熔炉熔炼后再分配到保温炉保温,而小 型的压铸厂家,通常每台压铸机配备一台以轻柴油为燃料的熔炉,也可采用电熔炉。中央熔炉的熔炼操作要求如下:1)锭料与回炉料应搭配使用,回炉料的比例不大于50%,回炉料是指浇口溢流槽、废铸件,不包括飞边和残屑。2)入炉的料锭和回炉料的表面应干净,干燥,先以小料(回炉料)填底,加入料锭,以防砸坏炉底。 3)炉料熔化开始即用覆盖剂撒在液面上,要覆盖全部金属液面,防止氧化和吸气。4)铝合金液的出水温度应为720~750℃,盛铝液的浇包应预热及涂上涂料。当铝液离浇包口端100mm处即停止放液,并以备好的干燥精炼剂用钟罩压入合金液底部,除气精炼后即运至保温炉保温。 5)从浇包中的铝液倒入保温炉坩埚时应稳妥,防止铝液飞溅伤人和卷入空气,当倒入的铝液至离埚口端50mm处止。6)表面氧化、污染和经油漆、电镀的浇口或铸件都不能直接加

铝合金的熔炼规范

铝合金的熔炼规范 适用于重力铸造和压铸用铝硅合金(包括Al-Si-Mg、Al-Si-Cu等)指导性文件:《铝合金的熔炼规范》。 (1)总则 ①按本文件生产的铸件,其化学成分和力学性能应符合GB/T9438-1999《铝合金铸件》、JISH5202-1999《铝合金铸件》、ASTMB108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T15115-1994《压铸铝合金》、JISH5302-2006《铝合金压铸件》、ASTMB85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。 ②本文件所指的铝合金熔炼,系在电阻炉、感应炉及煤气(天然气)炉内进行。一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。 (2)配料及炉料 1)配料计算 ①镁的配料计算量:用氯盐精炼时,应取上限,用无公害精炼剂精炼时,可适当减少;也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝合金压铸时,为了减少压铸时粘模现象,允许适当提高铁含量,但不得超过有关标准的规定。 2)金属材料及回炉料 ①新金属材料 铝锭:GB/T1196-2002《重熔用铝锭》 铝硅合金锭:GB/T8734-2000《铸造铝硅合金锭》 镁锭:GB3499-1983《镁锭》 铝铜中间合金:YS/T282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金:YS/T282-2000《铝中间合金锭》 各牌号的预制合金锭:GB/T8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTMB197-03《铸造铝合金锭》、JISH2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料,以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80%,其中破碎重熔料不超过30%;对于不重要的铸件可全部使用回炉料;对于有特殊要求(气密性等)的铸件回炉料用量不超过50%。 3)清除污物 为提高产品质量,必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件,应在熔炼前除去(可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件)。

6063铝合金熔炼生产工艺手册

6063铝合金熔炼生产工艺手册 本文由全球铝业网 (https://www.wendangku.net/doc/645639407.html,) 编辑,转载请注明出处,十分感谢! 一.Al-Mg-Si系合金的基本特点: 6063铝合金的化学成份在GB/T5237-93标准中为0.2-0.6%的硅、0.45-0.9%的镁、铁的最高限量为0.35%,其余杂质元素(Cu、Mn、Zr、Cr等)均小于0.1%。这个成份范围很宽,它还有很大选择余地。 6063铝合金是属铝-镁-硅系列可热处理强化型铝合金,在AL-Mg-Si组成的三元系中,没有三元化合物,只有两个二元化合物Mg2Si和 Mg2Al3,以α(Al)-Mg2Si伪二元截面为分界,构成两个三元系,α(Al)-Mg2Si-(Si)和α(Al)-Mg2Si-Mg2Al3,如图一、田二所示:在Al-Mg-Si系合金中,主要强化相是Mg2Si,合金在淬火时,固溶于基体中的Mg2Si 越多,时效后的合金强度就越高,反之,则越低,如图2所示,在α(Al)-Mg2Si伪二元相图上,共晶温度为595℃,Mg2Si的最大溶解度是1.85%,在 500℃时为1.05%,由此可见,温度对Mg2Si在Al中的固溶度影响很大,淬火温度越高,时效后的强度越高,反之,淬火温度越低,时效后的强度就越低。有些铝型材厂生产的型材化学成份合格,强度却达不到要求,原因就是铝捧加热温度不够或外热内冷,造成型材淬火温度太低所致。 在Al-Mg-Si合金系列中,强化相Mg2Si的镁硅重量比为1.73,如果合金中有过剩的镁(即Mg:Si>1.73),镁会降低Mg2Si在铝中的固溶度,从而降低Mg2Si在合金中的强化效果。如果合金中存在过剩的硅,即Mg:Si<1.73,则硅对Mg2Si在铝中的固溶度没有影响,由此可见,要得到较高强度的合金,必须Mg:Si<1.73。 二.合金成份的选择 1.合金元素含量的选择 6063合金成份有一个很宽的范围,具体成份除了要考虑机械性能、加工性能外,还要考虑表面处理性能,即型材如何进行表面处理和要得到什么样的表面。例如,要生产磨砂料,Mg/Si应小一些为好,一般选择在Mg/Si=1-1.3范围,这是因为有较多相对过剩的Si,有利于型材得到砂状表面;若生产光亮材、着色材和电泳涂漆材,Mg/Si在1.5-1.7范围为好,这是因为有较少过剩硅,型材抗蚀性好,容易得到光亮的表面。 另外,铝型材的挤压温度一般选在480℃左右,因此,合金元素镁硅总量应在1.0%左右,因为在500℃时,Mg2Si在铝中的固溶度只有1.05%,过高的合金元素含量会导致在淬火时Mg2Si不能全部溶入基体,有较多的末溶解Mg2Si相,这些Mg2Si相对合金的强度没有多少作用,反而会影响型材表面处理性能,给型材的氧化、着色(或涂漆)造成麻烦。 2.杂质元素的影响

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺

铝合金熔炼工艺流程和操作工艺(一) 装料 熔炼时,装入炉料的顺序和方法不仅关系到熔炼的时间、金属的烧损、热能消耗,还会影响到金属熔体的质量和炉子的使用寿命。装料的原则有: 1、装炉料顺序应合理。正确的装料要根据所加入炉料性质与状态而定,而且还应考虑到最快的熔化速度,最少的烧损以及准确的化学成分控制。 装料时,先装小块或薄片废料,铝锭和大块料装在中间,最后装中间合金。熔点易氧化的中间合金装在中下层。所装入的炉料应当在熔池中均匀分布,防止偏重。 小块或薄板料装在熔池下层,这样可减少烧损,同时还可以保护炉体免受大块料的直接冲击而损坏。中间合金有的熔点高,如AL-NI和AL-MN合金的熔点为750-800℃,装在上层,由于炉内上部温度高容易熔化,也有充分的时间扩散;使中间合金分布均匀,则有利于熔体的成分控制。 炉料装平,各处熔化速度相差不多这样可以防止偏重时造成的局部金属过热。 炉料应进量一次入炉,二次或多次加料会增加非金属夹杂物及含气量。 2、对于质量要求高的产品(包括锻件、模锻件、空心大梁和大梁型材等)的炉料除上述的装料要求外,在装料前必须向熔池内撒20-30kg粉状熔剂,在装炉过程中对炉料要分层撒粉状熔剂,这样可提高炉体的纯洁度,也可以减少损耗。 3、电炉装料时,应注意炉料最高点距电阻丝的距离不得少于100mm,否则容易引起短路。 熔化 炉料装完后即可升温。熔化是从固态转变为液态的过程。这一过程的好坏,对产品质量有决定性的影响。 A、覆盖 熔化过程中随着炉料温度的升高,特别是当炉料开始熔化后,金属外层表面所覆盖的氧化膜很容易破裂,将逐渐失去保护作用。气体在这时候很容易侵入,造成内部金属的进一步氧化。并且已熔化的液体或液流要向炉底流动,当液滴或液流进入底部汇集起来时,其表面的氧化膜就会混入熔体中。所以为了防止金属进一步氧化和减少进入熔体的氧化膜,在炉料软化下塌时,应适当向金属表面撒上一层粉状熔剂覆盖,其用量见表。这样也可以减少熔化过程中的金属吸气。 覆盖剂种类及用量 炉型及制品电气熔炼煤气炉熔炼 覆盖剂用量普通制品特殊制品普通制品特殊制品 (占投量) /% 0.4-0.5 0.5-0.6 1-2 2-4 覆盖剂种类粉状熔剂 Kcl:Nacl按1:1混合 B、加铜、加锌 当炉料熔化一部分后,即可向液体中均匀加入锌锭或铜板,以熔池中的熔体刚好能淹没住锌锭和铜板为宜。 这时应强调的是,铜板的熔点为1083℃,在铝合金熔炼温度范围内,铜是溶解在铝合金熔体中。因此,铜板如果加得过早,熔体未能将其盖住,这样将增加铜板的烧损;反之如果加得过晚,铜板来不及溶解和扩散,将延长熔化时间,影响合金的化学成分控制。 电炉熔炼时,应尽量避免更换电阻丝带,以防脏物落入熔体中,污染金属。 C、搅动熔体 熔化过程中应注意防止熔体过热,特别是天然气炉(或煤气炉)熔炼时炉膛温度高达1200℃,在这样高的温度下容易产生局部过热。为此当炉料熔化之后,应适当搅动熔体,以使熔池里各处温度均匀一致,同时也利于加速熔化.

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程

铝合金熔炼与铸造工艺 规范与流程 Revised by Chen Zhen in 2021

铝合金熔炼与铸造工艺规范与流程 资料来源:全球铝业网铝业知识频道一、铝合金熔炼规范 (1)总则 ①按本文件生产的铸件,其化学成分和力学性能应符合GB/T 9438-1999《铝合金铸件》、JISH 5202-1999《铝合金铸件》、ASTM B 108-03a《铝合金金属型铸件》、GB/T 15115-1994《压铸铝合金》、JISH 5302-2006《铝合金压铸件》、ASTM B 85-03《铝合金压铸件》、EN1706-1998《铸造铝合金》等标准的规定。 ②本文件所指的铝合金熔炼,系在电阻炉、感应炉及煤气(天然气)炉内进行。一般采取石墨坩埚或铸铁坩埚。铸铁坩埚须进行液体渗铝。 (2)配料及炉料 1)配料计算 ①镁的配料计算量:用氯盐精炼时,应取上限,用无公害精炼剂精炼时,可适当减少;也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝合金压铸时,为了减少压铸时粘模现象,允许适当提高铁含量,但不得超过有关标准的规定。 2)金属材料及回炉料 ①新金属材料 铝锭:GB/T 1196-2002《重熔用铝锭》

铝硅合金锭:GB/T 8734-2000《铸造铝硅合金锭》 镁锭: GB 3499-1983《镁锭》 铝铜中间合金:YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 铝锰中间合金:YS/T 282-2000《铝中间合金锭》 各牌号的预制合金锭:GB/T 8733-2000《铸造铝合金锭》、JISH 2117-1984《铸件用再生铝合金锭》、ASTM B 197-03《铸造铝合金锭》、JISH 2118-2000《压铸铝合金锭》、EN1676-1996《铸造铝合金锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和坩埚底剩料,以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80%,其中破碎重熔料不超过30%;对于不重要的铸件可全部使用回炉料;对于有特殊要求(气密性等)的铸件回炉料用量不超过50% 。 3)清除污物 为提高产品质量,必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件,应在熔炼前除去(可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件)。 4)炉料预热 预热一般为350~450℃下保温2~4h。Zn、Mg、RE在200~250℃下保温2~4h。在保证坩埚涂料完整和充分预热的情况下,除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃材料外的炉料允许随炉预热。

铝合金熔炼注意事项笔记

铝合金熔炼注意事项笔 记 公司标准化编码 [QQX96QT-XQQB89Q8-NQQJ6Q8-MQM9N]

铝合金熔炼注意事项 1.微量的(10ppm)磷P就会使9%的亚共晶铝合金出现初晶硅,使共晶硅出现粗大的板 片,故此需要严格控制结晶硅的含磷量; 2.SI硅含量的提高会使结晶温度区间变小(亚共晶时)、共晶体增加、流动性提高,线 收缩率降低、热烈倾向小、密度变小、电导率变小、腐蚀量变小、磨损量变小;在含Si%16~18%时流动性达到峰值; 3.α(AL)相是Si溶于AL的固溶体,β相是AL溶于Si的固溶体、但是因为AL几乎不 溶于Si、故此可将其视为纯Si,(α+β)称为共晶体;如果是亚共晶时析出的Si称为共晶si、而共晶、过共晶时先析出的Si称为初晶Si(共晶时仅析出(α+β)、过共晶时会首先析出β相); 4.ZL114A为亚共晶合金、含有α(AL)相和(α+β)相; 5.细化共晶硅的变质处理不能细化初晶硅; 6.为了兼顾合金的各种性能、铝合金的含硅一般为7%~12%; 7.加入钠元素或锶元素后、随共晶硅形貌发生剧变、伸长率大幅提高; 8.加入锶元素、锑元素后共晶反应时间明显延长、说明锶元素、锑元素均有阻碍共晶形 核、生长的作用,反应在曲线上就是共晶平台温度下降、时间延长; 9.当钠含量超过一定数量后、大大抑制了共晶硅的析出、生长,液相温度继续降低,以 后发生三元共晶转变:L –α(AL)+ Si + (NA、AL)Si2,共晶平台温度降低5~10℃,实际上钠盐降低共晶平台温度是过变质的结果、也可以说是过变质才有的特征。而锶变质不会产生过变质现象,因此共晶平台下降不大为5~7℃; 10.稀土变质与凝固速度有关、是一种对冷速敏感的变质剂,要获得良好的贬值效果要创 造出快冷条件; 11.AL-Si共晶合金、过共晶合金中同时加入稀土和磷,能同时细化初晶si和共晶si,称 为双重变质; 12.Al-si-mg合金固溶处理时、Mg2SI固溶入α(al)中、人工时效后呈弥散相析出、强 化合金、力学性能大幅提高; 13.AL-si-mg三元共晶点温度为559℃、理论固溶温度接近550℃左右、考虑炉温不均匀及 仪表误差、国标中将固溶处理温度定为535℃±5℃; 14.ZL101:si6~8%、%~%、其余为AL,铸态组织由树枝状α(AL)固溶体、共晶体(α+ β)组成、晶界上有微量的Mg2SI成针状,固溶处理时Mg2si融入α(AL)中、人工时效后沉淀析出; 15.ZL101可通过调整mg的上限、下限或采用不同的热处理规范来调节合金强度塑形指 标; 16.温度升高时,Mg2si开始聚集、容易成块,力学性能下降、故其工作温度不宜超过 150℃; 17.ZL104硅量较高同时加入锰、使得其力学性能高于zl101、Mn的除了起固溶强化作用 外、还可以改变针状富铁相的形状、形成骨架状的AlFeMnSi相、改善塑形。但相对于Fe含量低于%的高纯合金、本来不出现βsi相、此时加入Mn反而生成(Fe、Mn)AL6,降低塑形。 18.Mg在AL-Si合金中最大溶解度为7%、将Mg含量提高到~%、同时加入细化剂%~%,铁杂

铝合金熔炼工艺及注意事项

1、炉料处理 所有炉料入炉前均需要预热,以去除表面附的水分,缩短熔炼时间。 2、坩埚及熔炼工具的准备 (1)新坩埚使用前应清理干净及仔细检查有无穿透性缺陷,确认没有任何缺陷才能投入使用,预热至暗红色(500—600度)保温2小时以上,以烧除附着在坩埚内壁的水分及可燃物质,待冷却到300度以下时,仔细清理坩埚内壁,在温度不低于200度时,喷刷涂料,烘干烘透后才能使用。 (2)压勺、搅拌勺、浇包等熔炼工具使用前必须除尽残余金属及氧化皮等污物,经过200-300度预热后涂刷防护涂料,涂刷后烘干待用。 3、熔炼温度的控制 合金液快速升至较高的温度(705度左右),进行合理的搅拌,以促进所有合金元素的溶解,确认所有元素全部溶解后,进行精炼除气,扒除浮渣后将至浇注温度。(因铝溶液的温度难以用肉眼来判断的,所以必须用测温仪表控制温度,测温仪表应定期校准和维修;热电偶套管应周期的用金属刷刷干净,涂以防护性涂料,以保证测温结果的准确性及延长使用寿命。 4、熔炼时间的控制 为了减少铝溶液的氧化、吸气,应尽量缩短铝溶液在炉内的停留时间,快速熔炼。为加速熔炼过程,应首先加入中等块度、熔点较低的回炉料,以便在坩埚底部尽快形成熔池,然后再加出铝锭,使之能徐徐浸入逐渐扩大熔池,加速熔化;在炉料主要部分熔化后,再加入熔点较高、数量不多的合金元素,升温、搅拌以加速熔化,最后降温,压入易氧化的合金元素。 5、精炼处理

精炼处理温度:690—730度 精炼剂(充分预热)加入量铝液重的0.15—0.2%,用钟罩压入 处理时间为3—5分钟后静止5—10分钟,扒除浮渣进行浇注,浇注温度为700—740度。

铝合金及其熔炼

铝合金及其熔炼 一、铝合金的系列:铝合金共有三个系列根据与其形成合金的元素而有些区别。 1、铝硅系:合金中硅含量在共晶点附近,合金的流动性好,铸造性能好,不易产生裂纹,致密性好,热膨胀量小,导热性好,耐腐蚀,适合压铸大型薄壁复杂铸件。但是其机械性能不够高,切削性稍差,阳极氧化不理想。 2、铝硅铜系:合金具有最佳综合性能,应用广泛,尤其在汽摩行业。 3、铝镁系:合金的强度、塑性、耐蚀性和表面质量最佳,但收缩和膨胀量大,铸造性能差。 二、合金元素的作用: 1、硅:铝与硅的共晶点在11.7%,共晶合金的凝固温度范围最小,补缩及抗热裂性最好,共晶点附近的合金都有良好的流动性,适合铸造薄壁,复杂大型的铸件。随着含硅量的提高,强度与硬度也有所提升,但伸长力下降,切削性能变差,而合金对坩埚的熔蚀也增加。 2、铜:铜对于铝合金可提高机械性能改善切削性,但耐蚀性降低,热裂倾向增大。 3、镁:铝镁合金耐蚀性好,但由于凝固温度范围大,有热脆性故铸件易于产生裂纹,其流动性随着镁含量的提高而改善,但相应收缩也增加。对于铝硅系合金而言,镁有强化效能,提高耐蚀性,改善电镀,阳极氧化的性能及铸件表面质量。但对铝硅铜而言,必须控制其含量,因为镁会造成热裂,冷脆降低伸长率和冲击韧性。 4、铁:铁能缓解铝与模具的亲和力,通常控制在0.6% ~ 1%之间,过高的含铁量在铸件中产生FeAl3针状相,降低性能。在铝硅系及铝硅铜系里过量的Fe形成金属间化合物造成脆性在切削时会影响表面粗糙度。 5、锰:适量锰能中和过量铁的不利影响,但不大于0.5%。 6、锌可提高流动性,改善机械性能,但高温脆性大,产生热裂。 7、锡:改善切削性能,降低强度和耐蚀性,有高温脆性。 8、镍:少量的镍能改善机械性能,对耐蚀性不利。 9、铅:改善切削性能,但有损耐蚀性。 10、铬:改善耐蚀性。 11、钛:细化结晶,改善性能。 三、铝合金的熔炼: 铝合金的熔炼对压铸企业而言是个重要环节,一般均有熔炼及保温二种过程,一边压铸一边熔炼是不被容许的。 1、压铸对铝合金液有如下几个要求: ①化学成分符合要求,成分均匀。 ②气体熔解量小,氧化夹杂,熔剂残留少,以免在铸件中形成气孔和夹渣。 ③组织细化使铸件能获得致密的结晶。 由于熔炼过程不妥而造成的铸造缺陷,有渗漏,气孔夹渣,偏析,裂纹,晶粒粗大等。 2、铝合金熔炼的工艺流程如下: 熔炉预热————→装料——→熔化→炉前检查→调整成分→精炼和除渣 ↑↑↑↑ 熔炉及工具准备炉料准备快速分析精炼剂准备 →调温→浇入保温炉 对于工艺流程的每个环节都要做到尽可能完善: 熔炼炉:常用燃油气炉,电阻炉,感应炉,其中燃油燃气的效力较高,但目前油价居高不下,也是个压力,电阻炉效力最低。

铝合金熔炼规范

铝合金熔炼规范 文稿归稿存档编号:[KKUY-KKIO69-OTM243-OLUI129-G00I-FDQS58-

铝合金的熔炼规范 适用于重力和压铸用铝硅(包括Al-Si-Mg、Al-Si-Cu等)指导性文件:《铝的熔炼规范》。 (1)总则 ①按本文件生产的铸件,其化学成分和力学性能应符合GB/T 9438-1999《铝铸件》、JISH 5202-1999《铝铸件》、ASTM B 108-03a《铝金属型铸件》、GB/T 15115-1994《压铸铝》、JISH 5302-2006《铝》、ASTM B 85-03《铝》、EN1706-1998《铝》等标准的规定。 ②本文件所指的铝熔炼,系在电阻炉、感应炉及煤气(天然气)炉内进行。一般采取石墨或铸铁。铸铁须进行液体渗铝。 (2)配料及炉料 1)配料计算 ①镁的配料计算量:用氯盐精炼时,应取上限,用无公害精炼剂精炼时,可适当减少;也可根据实际情况调整加镁量。 ②铝压铸时,为了减少压铸时粘模现象,允许适当提高铁含量,但不得超过有关标准的规定。 2)金属及回炉料 ①新金属 铝锭:GB/T 1196-2002《重熔用铝锭》 铝硅锭:GB/T 8734-2000《铝硅锭》 镁锭: GB 3499-1983《镁锭》 铝铜中间:YS/T 282-2000《铝中间锭》 铝锰中间:YS/T 282-2000《铝中间锭》 各牌号的预制锭:GB/T 8733-2000《铝锭》、JISH 2117-1984《铸件用再生铝锭》、ASTM B 197-03《铝锭》、JISH 2118-2000《压铸铝锭》、EN1676-1996《铝锭》等。 ②回炉料 包括化学成分明确的废铸件、浇冒口和底剩料,以及溢流槽和飞边等破碎的重熔锭。 回炉料的用量一般不超过80%,其中破碎重熔料不超过30%;对于不重要的铸件可全部使用回炉料;对于有特殊要求(气密性等)的铸件回炉料用量不超过50% 。 3)清除污物 为提高产品质量,必须清除炉料表面的脏物、油污、废铸件上的镶嵌件,应在熔炼前除去(可用一个熔炼炉专门去除镶嵌件)。 4)炉料预热 预热一般为350~450℃下保温2~4h。Zn、Mg、RE在200~250℃下保温2~4h。在保证涂料完整和充分预热的情况下,除Zn、Mg、Sr、Cd及RE等易燃外的炉料允许随炉预热。 (3)精炼剂准备

铝硅合金的熔炼

铝硅合金的熔炼 冶金1班:郑伟1143081004 前言:从20世纪韧铝合金用于铸造工业以来,合金的成分有了很大的发展,合金的品种越来越丰富。早期使用的铸造铝台金含t3%2n和3%cu。这种合金在第一次世界大战前后用量很大,后来由于金屑型铸造的发展而被铝铜合金取代。同时,铝硅台金开始得到应用.铝镁合金也随之推出。 1919年,美国生产的铝合金铸件,97%以上由含8%cu的铝合金铸造。1933年,用这种合金生产的铸件仍占铝合金铸件的50%左右。除了在铸态下使用的合金外,后来又开发出可以热处理的铝锅台金,含大约4%cu o 随着金屑型铸造和压铸工艺的发展,铝硅合金得到广泛应用。近年来,在铸造领域应用的铝合金,除了铝硅系列合金之外,还有铝锅系列、铝镁系列、铝锌系列和其他系列的铝合金。在这些系列的合金中,除了少数的二元合金外,大多数都是添加多种合金元素的多元合金。 摘要:铝硅合金熔炼性质工艺流程 正文: 铝硅系列合金具有良好的铸造性能,较小的线胀系数,耐磨性能好,气密性也很好。这种合金被广泛地应用于铸造复杂的铸件,如汽车发动机铸件等。 铝的国家标准 铸造铝合金生产中所用的铝包括电解原铝重熔用铝锭和一定数量的再生铝。有些牌号的铸造铝合金要以电解原铝为原料,有些牌号则可以用大部分再生铝和小部分电解原铝作原料.有些牌号甚至可以完全用再生铝作原料。 电解原铝是用冰品石—氧化铝熔融盐电解法生产的。自中华人民共和国成立以来,我国的电解铝工业从无到有p生产技术和铝产量都有很大发展。1999年我国铝的总产量已达265万吨,跃居世界第三位,仅次于美国和俄罗斯。2003年我国铝的总产量达到542万吨,居世界首位。但是.我国铝的人均占有量还很少。 硅的国家标准 我国工业硅必须符合国家标憋哪288l一91,工业硅厂工业硅的内控标准如表2.4,2.5所示。

铸造铝合金熔炼工艺

铸造铝合金熔炼工艺 1工艺适用范围本熔炼工艺适用于砂型和金属型铸造ZL101A 合金的熔炼,可针对于重力铸造、低压铸造、倾转浇注、调压铸造等成型工艺使用。 本工艺可作为ZL101A 合金熔炼的母工艺,针对某一特定的成型工艺,如需特殊指出,可在此工艺基础上形成相应熔炼工艺,但不允许与母工艺相互冲突。 2工艺文件的抄报与保存工艺文件抄报、抄送范围:总师、副总师、技术部、质量部。工艺文件保存范围:电子文件备份和纸质文件送档案室保存,技术部、质量部各存一份使用文件。 3工艺详细内容 3.1熔炼设备、工具的选择及对后续熔炼质量的影响 3.1.1铝合金料熔化设备规定使用熔炼设备范围为:坩埚电阻炉,燃气连续熔化炉。对于金属型铸造可采用两种熔炼设备,使用燃气连续熔化炉熔化铝液,然后转包到坩埚电阻炉进行后续处理(精炼及变质);也可使用坩埚电阻炉熔化铝液及进行后续处理(精炼及变质)。 如采用金属型低压铸造、调压铸造成型工艺,可使用侧面开口注入铝液的机下炉进行连续生产。 采用坩埚电阻炉熔化铝液,铝液温度控制750℃以下,熔化过程的铝液吸气较少;采用燃气连续熔化炉熔化铝液,铝液温度控制容易超750℃,熔化过程的铝液吸气倾向较大。

3.1.2熔炼工具的选择及准备 熔炼前熔炼工具的准备对铝液熔炼质量影响较大,坩埚采用石墨及SiC 材质,使用前需进行预热烘干,烘干工艺如图1;如采用金属材质坩埚,最好选用不锈钢材质,如选用铸铁材质坩埚,以合金球墨铸铁为好。常用的浇包、浇勺等多采用不锈钢制作。 及工具进行喷砂处理,去除表面的铁锈及污物,然后预热到120~180 ℃,逐层喷涂,浇包、浇勺的涂料厚度0.3~0.8mm 为宜,坩埚涂料可稍厚一些。涂料最好选用专用的金属型非水基涂料,也可自行配制,基本配方如表1 所示,使用前涂料需预热到50~90 ℃。 表1 涂料配方 3.1.3炉料的存放与处理, 熔炼所使用的炉料需存放在干燥、不易混淆和污染的地方,铝

铝及铝合金的熔炼

铝及铝合金的熔炼 铝及铝合金是近代工业中得到广泛应用和发展很快的重要金属材料。目前世界铝产量仅次于钢铁,居有色金属首位。 铝及铝合金具有比重小、比强度大、导电和导热性好、耐腐蚀、可塑、可焊、无毒、光泽美丽以及低温性能好等一系列优越性能,在国民经济和国防建设中的地位及作用日趋显著。 熔炼铝及铝合金的主要目的是:配制合金;通过适当的工艺措施(如精炼和过滤)提高金属净度。 气孔、夹渣和氧化膜等冶金缺陷对铸坯质量影响较大,同时还会严重影响到深加工后的成品质量。因此,除应严格控制原材料的标准和净度外,还需采用合理的熔炼工艺提高铸坯的净度。 此外,因在铸坯中形成的金属间化合物—次晶不能用随后的压力加工和热处理方法应除,所以这一因素亦不容忽视。 为改善合金的工艺性能和制品质量,减少冷热裂纹,除控制化学成分和杂质外,还应采用合适的工艺添加剂(变质剂)以改变和细化铸坯的晶粒。 近年来,为提高金属熔体的净度。采用了许多行之有效的先进工艺,如采用在线惰性气体除氢,电熔剂精炼和泡沫陶瓷过滤器去除夹杂物,在生产中均收到明显效果。 2.2 铝中气体的溶解及夹杂物和氧化膜的生成 铝铸坯中的夹杂物,一部分来自于原铝锭,另一部分是由生产设备和工艺过程中带入,因为铝的化学性质非常活泼,能和许多元素发生化学反应,尤其在熔融状态下,更易与氧、氮等元素化合而生成氧化物、氮化物、碳化物和硫化物等非金属夹杂物及氧化膜。 氢和铝虽不形成化合物,但它极易浴解于液态铝中,它是铝中所含的主要气体。 在熔炼过程中,如对液态铝中所溶解的气体和含有的非金属夹杂物处理不当时,就会在铸坯中造成疏松、气孔、夹渣等冶金缺陷,因此,必须采取相应措施予以防止和消除。 2.2.1 铝中气体的溶解 2.2.1.1 铝中气体溶解的主要来源: (1)燃料,当采用火焰炉熔炼铝及铝合金时,燃料(如煤、焦炭、煤气、天然气、重油等)中的水分以及燃烧时产生的水分易进入熔体; (2)大气:熔炼过程中,大气中的水蒸汽被熔体吸收: (3)炉料,吸附在炉料表面上的湿气.在熔化过程中起化学作用而产生的氢将被铝液所

铝合金熔铸工艺及常见的缺陷

铝合金熔铸工艺及常见的缺陷 一、铸造概论 在铸造合金中,铸造铝合金的应用最为广泛,是其他合金所无法比拟的,铝合金铸造的种类如下: 由于铝合金各组元不同,从而表现出合金的物理、化学性能均有所不同,结晶过程也不尽相同。故必须针对铝合金特性,合理选择铸造方法,才能防止或在许可范围内减少铸造缺陷的产生,从而优化铸件。 1、铝合金铸造工艺性能 铝合金铸造工艺性能,通常理解为在充满铸型、结晶和冷却过程中表现最为突出的那些性能的综合。流动性、收缩性、气密性、铸造应力、吸气性。铝合金这些特性取决于合金的成分,但也与铸造因素、合金加热温度、铸型的复杂程度、浇冒口系统、浇口形状等有关。 (1) 流动性 流动性是指合金液体充填铸型的能力。流动性的大小决定合金能否铸造复杂的铸件。在铝合金中共晶合金的流动性最好。 影响流动性的因素很多,主要是成分、温度以及合金液体中存在金属氧化物、金属化合物及其他污染物的固相颗粒,但外在的根本因素为浇注温度及浇注压力(俗称浇注压头)的高低。 实际生产中,在合金已确定的情况下,除了强化熔炼工艺(精炼与除渣)外,还必须改善铸型工艺性(砂模透气性、金属型模具排气及温度),并在不影响铸件质量的前提下提高浇注温度,保证合金的流动性。 (2) 收缩性 收缩性是铸造铝合金的主要特征之一。一般讲,合金从液体浇注到凝固,直至冷到室温,共分为三个阶段,分别为液态收缩、凝固收缩和固态收缩。合金的收缩性对铸件质量有决定性的影响,它影响着铸件的缩孔大小、应力的产生、裂纹的形成及尺寸的变化。通常铸件收缩又分为体收缩和线收缩,在实际生产中一般应用线收缩来衡量合金的收缩性。 铝合金收缩大小,通常以百分数来表示,称为收缩率。 ①体收缩 体收缩包括液体收缩与凝固收缩。 铸造合金液从浇注到凝固,在最后凝固的地方会出现宏观或显微收缩,这种因收缩引起的宏观缩孔肉眼可见,并分为集中缩孔和分散性缩孔。集中缩孔的孔径大而集中,并分布在

铝合金熔炼注意事项笔记修订稿

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铝合金熔炼注意事项 1.微量的(10ppm)磷P就会使9%的亚共晶铝合金出现初晶硅,使共晶硅出现粗大的板 片,故此需要严格控制结晶硅的含磷量; 2.SI硅含量的提高会使结晶温度区间变小(亚共晶时)、共晶体增加、流动性提高,线 收缩率降低、热烈倾向小、密度变小、电导率变小、腐蚀量变小、磨损量变小;在含Si%16~18%时流动性达到峰值; 3.α(AL)相是Si溶于AL的固溶体,β相是AL溶于Si的固溶体、但是因为AL几乎不 溶于Si、故此可将其视为纯Si,(α+β)称为共晶体;如果是亚共晶时析出的Si称为共晶si、而共晶、过共晶时先析出的Si称为初晶Si(共晶时仅析出(α+β)、过共晶时会首先析出β相); 4.ZL114A为亚共晶合金、含有α(AL)相和(α+β)相; 5.细化共晶硅的变质处理不能细化初晶硅; 6.为了兼顾合金的各种性能、铝合金的含硅一般为7%~12%; 7.加入钠元素或锶元素后、随共晶硅形貌发生剧变、伸长率大幅提高; 8.加入锶元素、锑元素后共晶反应时间明显延长、说明锶元素、锑元素均有阻碍共晶形 核、生长的作用,反应在曲线上就是共晶平台温度下降、时间延长; 9.当钠含量超过一定数量后、大大抑制了共晶硅的析出、生长,液相温度继续降低,以 后发生三元共晶转变:L –α(AL)+ Si + (NA、AL)Si2,共晶平台温度降低5~10℃,实际上钠盐降低共晶平台温度是过变质的结果、也可以说是过变质才有的特征。而锶变质不会产生过变质现象,因此共晶平台下降不大为5~7℃; 10.稀土变质与凝固速度有关、是一种对冷速敏感的变质剂,要获得良好的贬值效果要创 造出快冷条件; 11.AL-Si共晶合金、过共晶合金中同时加入稀土和磷,能同时细化初晶si和共晶si,称为 双重变质; 12.Al-si-mg合金固溶处理时、Mg2SI固溶入α(al)中、人工时效后呈弥散相析出、强化 合金、力学性能大幅提高; 13.AL-si-mg三元共晶点温度为559℃、理论固溶温度接近550℃左右、考虑炉温不均匀及 仪表误差、国标中将固溶处理温度定为535℃±5℃; 14.ZL101:si6~8%、%~%、其余为AL,铸态组织由树枝状α(AL)固溶体、共晶体(α+ β)组成、晶界上有微量的Mg2SI成针状,固溶处理时Mg2si融入α(AL)中、人工时效后沉淀析出; 15.ZL101可通过调整mg的上限、下限或采用不同的热处理规范来调节合金强度塑形指 标; 16.温度升高时,Mg2si开始聚集、容易成块,力学性能下降、故其工作温度不宜超过 150℃; 17.ZL104硅量较高同时加入锰、使得其力学性能高于zl101、Mn的除了起固溶强化作用 外、还可以改变针状富铁相的形状、形成骨架状的AlFeMnSi相、改善塑形。但相对于Fe含量低于%的高纯合金、本来不出现βsi相、此时加入Mn反而生成(Fe、Mn)AL6,降低塑形。 18.Mg在AL-Si合金中最大溶解度为7%、将Mg含量提高到~%、同时加入细化剂%~%,铁

(完整版)铝型材熔铸工艺规程综述

铝型材熔铸工艺规程 ——熔铸精炼除气氮气工业要求 1 主题与范围 本规程规定了熔铸生产工艺技术要求及操作规范. 本规程适用于挤压用铝的熔炼,铸造,均质生产. 2 生产前的准备工作 2.1检查贮油罐的油位是否达到最低值,燃烧器,油枪是否正常,炉门开启是否灵活,炉门的密封是否良好。 2.2检查铸造平台,供水系统是否正常。 A检查铸造平台保温材料,结晶器,引锭头,流槽等是否完好,安装好陶瓷过滤板或过滤布。 B每次铸造前必须试水,通入铸造机正常铸造水量,检查结晶器出水环喷水角度是否良好,水帘的成形情况及溢水孔有否漏水,溢水孔有漏绝不能铸造。若有堵塞,应立即拆洗,清除杂物。 C铸造前引锭座必须上升至正常起动位置并调好水平。 D若铸造机长时间不用或由于天气潮湿造成引锭头生锈,在铸造前全部引锭头必须涂一次猪油。 E铸造用水必须经过小于1MM过滤,铸造用水的水温应低于40摄氏度。 2.3熔炼炉停炉达一个月以上或者新制的炉子,必须烘炉后才能使用。 2.3.1烘炉

首先打开炉门与放水口用木柴点火烘炉,防止大明火,根据炉内温度与火的大小随时调整炉门开启的大小,控制在150摄氏度以下,升温的速度不大于10摄氏度/H;两天后将炉温按10摄氏度升到250摄氏度,无水汽蒸发后,用一台小燃烧器加热烘,四天后用两台小燃烧器热烘,温升按15摄氏度/H升至500摄氏度,五天后升至600摄氏度,六天后将温度按16℃/h的速度升至800℃,恒温10小时以上,烘炉终止。 2.4备料 2.4.1合金的配比按HD/QB-2004《内部质量控制标准》执行。 2.4.2熔炼工根据配料员填写的《配料、熔炼、铸造及化学分析结果记录表》,作为配料指令,将铝锭、镁锭、铝硅合金(或金属硅、金属添加剂、型材废料、挤压压余、熔铸锯切头、接料 斗中的大块铝块、复熔铝锭等计量后分批运上炉前操作平台,并做好相应记录。 2.4.3覆盖剂、精炼剂、打渣剂烘干备用。 2.4.4各种炉料不准淋雨受潮或与其它料混放,不准混杂其它金属。 3 熔炼 3.1装炉 3.1.1炉温升到800摄氏度时,堵好出铝水口,开启炉门开始投料。 3.1.2投料时,先用同牌号短小型材废料铺底,将短型材(最好打成捆废料从炉门投入炉中,以便保护好炉底。然后再投放铝锭至炉门口。 3.1.3炉内没有废料垫底时,不得投放铝锭等大块金属料,以免将炉底碰坏。投料时应尽量将金属投在炉膛的中间,以免将燃烧口堵死或炉壁碰坏。

铝合金的熔炼技术

49第1期铝合金的熔炼技术 铝合金的熔炼技术 铝合金的熔炼方法、熔化炉和熔炼工艺的选择,主要依据是否能提供纯净优质的合金液,降低熔炼过程中的金属损耗,提高热效率,降低能耗及减少废气排放等。 1熔炼方法 国内铸造铝合金的熔炼,基本上仍采用传统的熔炼方法,即先预制合金锭,再经重熔合金锭。前者大部分由冶炼厂或铝锭生产厂完成。而在欧洲、美国和日本,通常采用一次熔炼法 ,即直接从冶炼厂获得液态铝,不经过二次重熔。如美国福特汽车公司和通用汽车公司雪佛兰(Chevrolet )的铸铝车间,所需铝液来自雷诺(Re y nolds )金属公司炼铝厂,相距为400m 和1200m ,日本赖奥比(R y obi )公司生产汽车铝铸件的工厂,使用距离千米外的日本轻金属公司精炼厂的铝液。一次熔炼的优点在于: (1)铝液洁净。由于减少一次熔化,即减少了氧化、吸气机会,尤其是减少了再生锭的“化学遗传”和“组织遗传”,这些遗传性是引起铸件表面“白斑”及“霉斑”的主要原因。 (2)节材。铝合金经重熔,其中铝烧损115%η2%(视炉料状况),硅烧损1%η1.5%,镁烧损4%η6%。此外,增加一次精炼、打渣,熔化设备的维修等费用也提高一倍。 (3)节能。根据经验,利用冶炼厂铝液和自配一次熔炼的铝液生产铝铸件,每吨合格铸件可获得节能2.9-3.3MJ 的效果,相当于805-916kW ?h 的电能。 2熔化气氛及熔化炉 铝合金对熔化条件极为敏感。熔融后,过热与保温的温度和时间同铝液质量的关系极大。熔化过程中气氛不适时,也会导致大量的吸气和熔渣生成。例如,在氧化气氛中熔炼,金属烧损过度,铝液中形成大量熔渣,有可能污染金属液。在还原气氛中熔化时,将导致铝液吸氢,铝液浇注凝固后,造成铸件缩松和气孔缺陷。因此,两种气氛均不合适,而还原气氛尤其有害。最好是在中性气氛中熔炼。 选择熔铝炉要根据熔化批量和合金种类、熔化条件(能源)、熔炉特点和操作条件,以及设备效率和能量消耗等各方面条件,并结合工厂实际综合决定。国内外熔铝炉可分为几种类型:直接和间接燃烧炉;燃烧坩埚炉;有芯和无芯工频感应炉;电阻坩埚炉及反射炉。其中燃烧反射加热炉适用于合金种类少且大批量生产使用,且结构简单,生产效率高,操作容易等,深受车轮行业欢迎。但国内外在选择燃料及炉型上有所不同,国外大多数采用煤气或天然气加热的双室熔化、保温炉;国内大多数采用柴油或重油加热的单室熔化炉,这一差别对熔化气氛及铝液成分的均匀化,铝液中的夹渣及气体含量和铝液的精炼净化等操作均产生一定的影响,值得引起注意,并深入研究和实践。

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